CN114768897A - 一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置及拉伸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置及拉伸方法，本发明通过设置滑轮组件、电机模块、包括加热元件以及加热拉伸模具的加热组件以及控制模块，将聚合物管道设置于所述加热拉伸模具内，所述聚合物管道一端与所述滑轮组件固定，所述聚合物管道另一端穿过所述加热拉伸模具与所述电机模块固定，控制所述加热元件对所述加热拉伸模具进行加热并控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸，结构简单从而降低了成本，所述加热元件包围加热拉伸模具使得加热拉伸模具以及聚合物管道可以被均匀加热，同时在加热拉伸模具内部的挤压力下使得聚合物管道被拉伸后更加细小且均匀，有利于提升拉伸均匀性，本发明可广泛应用于微流控技术领域。

Description

一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置及拉伸方法
技术领域
本发明涉及微流控领域，尤其是一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置及拉伸方法。
背景技术
微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到皮升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。液滴数字PCR需要将微量的样本离散成大量独立均匀的微反应单元中进行扩增，并对扩增后的样本进行荧光检测，以实现对样本中目标DNA片段的定量分析，液滴数字PCR的快速发展离不开微流控技术的发展。
而在微管道生产过程中，要达到生成微液滴的内径需要对管道进行拉伸以减小管道内径，而现今管道主要是通过热压机和压力控制来实现对管道的拉伸，结构复杂，价格昂贵，并且拉伸出的管道均匀性不足，难以达到良好的微流控效果。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供提高拉伸均匀性的一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置及拉伸方法。
本发明采用的技术方案是：
一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，包括：
滑轮组件；
电机模块；
加热组件，包括加热元件以及加热拉伸模具；所述加热元件包围加热拉伸模具且用于对所述加热拉伸模具进行加热；
聚合物管道，位于所述加热拉伸模具内，所述聚合物管道一端与所述滑轮组件固定，所述聚合物管道另一端穿过所述加热拉伸模具与所述电机模块固定；
控制模块，用于控制所述加热元件以及控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸。
进一步，所述加热组件还包括套筒，所述套筒包裹所述加热元件以及加热拉伸模具。
进一步，所述加热拉伸模具包括第一段以及与所述第一段连接的第二段，所述第一段的内径大于所述第二段的内径，所述第一段相对所述第二段靠近所述滑轮组件。
进一步，所述电机模块包括伺服电机以及滑动轮，所述伺服电机与所述控制模块连接且用于带动所述滑动轮，所述滑动轮与所述聚合物管道另一端缠绕固定。
进一步，所述控制模块包括温度控制单元以及温度传感器，所述温度传感器用于获取所述加热拉伸模具的温度值，所述温度控制单元用于根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述加热元件的工作状态；所述预设加热温度为所述聚合物管道的熔融转化温度。
进一步，所述控制模块还包括电机控制单元，所述电机控制单元用于控制所述电机模块的转速。
进一步，所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置还包括基座，所述基座与所述滑轮组件以及所述电机模块固定。
本发明还提供一种拉伸方法，应用于所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，包括：
将聚合物管道一端固定于滑轮组件，并将所述聚合物管道另一端穿过加热拉伸模具固定于电机模块；
对加热元件进行加热；
获取所述加热拉伸模具的温度值，根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸；所述预设加热温度为所述聚合物管道的熔融转化温度。
进一步，所述加热拉伸模具包括第一段以及第二段，所述第一段的内径大于所述第二段的内径，所述将聚合物管道一端固定于滑轮组件，并将所述聚合物管道另一端穿过加热拉伸模具固定于电机模块，包括：
将所述聚合物管道一端缠绕固定于滑轮组件；
对所述聚合物管道另一端进行加热至可塑性温度，并对所述聚合物管道另一端进行拉伸以所述聚合物管道另一端依次穿过所述第一段和所述第二段；
将所述聚合物管道另一端缠绕固定于所述电机模块。
进一步，所述根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸，包括：
当所述温度值大于等于预设加热温度，控制电机模块对所述聚合物管道进行拉伸。
本发明的有益效果是：通过设置滑轮组件、电机模块、包括加热元件以及加热拉伸模具的加热组件以及控制模块，将聚合物管道设置于所述加热拉伸模具内，所述聚合物管道一端与所述滑轮组件固定，所述聚合物管道另一端穿过所述加热拉伸模具与所述电机模块固定，控制所述加热元件对所述加热拉伸模具进行加热并控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸，结构简单从而降低了成本，所述加热元件包围加热拉伸模具使得加热拉伸模具以及聚合物管道可以被均匀加热，同时在加热拉伸模具内部的挤压力下使得聚合物管道被拉伸后更加细小且均匀，有利于提升拉伸均匀性。
附图说明
图1为本发明用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置的示意图；
图2为本发明具体实施例加热元件以及加热拉伸模具的示意图；
图3为本发明拉伸方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，包括基座1、滑轮组件2、电机模块3、加热组件4、聚合物管道5以及控制模块(未图示)。可选地，电机模块3包括伺服电机31以及滑动轮32；控制模块包括温度传感器、温度控制单元以及电机控制单元；加热组件4包括加热元件41、加热拉伸模具42以及套筒43。
本发明实施例中，基座1与滑轮组件2以及电机模块3的底部固定。
如图1和图2所示，本发明实施例中，聚合物管道5位于加热拉伸模具42内，聚合物管道5一端与滑轮组件2固定，聚合物管道5另一端穿过加热拉伸模具42与电机模块3固定。可选地，聚合物管道5的材料包括但不限于Teflon、PVC、Silicon等。
如图1和图2所示，本发明实施例中，加热拉伸模具42、加热元件41以及套筒43依次由内到外设置，加热元件41包围加热拉伸模具42且用于对加热拉伸模具42进行加热，套筒43设置于加热元件41的外围，从而包裹加热元件41以及加热拉伸模具42。可选地，加热元件41包括但不限于电阻丝。
如图1和图2所示，本发明实施例中，加热拉伸模具42包括第一段421以及与第一段421连接的第二段422，第一段421的内径大于第二段422的内径，第一段421相对第二段422靠近滑轮组件2。可选地，加热拉伸模具42的内壁面以及外壁面为平滑表面从而使得加热元件41加热时，加热拉伸模具42各个部分均匀加热，并对位于加热拉伸模具42内的聚合物管道5均匀加热。需要说明的是，本发明实施例中以加热拉伸模具42为圆柱型结构为例，其他实施例中可以为矩形以及其他结构，设计为不同样式的结构即可以拉伸出不同结构的微细管道。
本发明实施例中，伺服电机31与控制模块(具体为电机控制单元)连接且用于带动滑动轮32，滑动轮32与聚合物管道5另一端缠绕固定，用于拉伸聚合物管道5另一端。
本发明实施例中，温度控制单元用于控制加热元件41的工作状态，电机控制单元用于控制电机模块3(具体为伺服电机31)的转速，从而对聚合物管道5靠近电机模块3的上述另一端进行拉伸。需要说明的是，转速可以根据实际需要事先在电机控制单元中设定。
需要说明的是，温度传感器用于获取加热拉伸模具42的温度值，然后温度控制单元用于根据温度值以及预设加热温度，控制加热元件41的工作状态，其中预设加热温度为聚合物管道5的熔融转化温度。可选地，以加热元件41为电阻丝为例，工作状态包括加热状态以及停止加热状态，当温度值达到预设加热温度(例如大于等于预设加热温度)，此时控制加热元件41处于停止加热状态，而当温度值小于预设加热温度控制加热元件41进入加热状态，从而实现一定范围内的动态平衡，保证聚合物管道5拉伸过程的顺利进行。同时，根据不同材料的聚合物设置相应的预设加热温度既可以对不同材料构成的管道进行拉伸，适应性强，适用范围广。
如图3所示，可选地本发明实施例还提供一种拉伸方法，应用于上述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，包括步骤S100-S300：
S100、将聚合物管道5一端固定于滑轮组件2，并将聚合物管道5另一端穿过加热拉伸模具42固定于电机模块3。
可选地，步骤S100包括步骤S110-S130：
S110、将聚合物管道5一端缠绕固定于滑轮组件2。
S120、对聚合物管道5另一端进行加热至可塑性温度，并对聚合物管道5另一端进行拉伸以聚合物管道5另一端依次穿过第一段421和第二段422。
可选地，通过加热装置(包括但不限于酒精灯)对聚合物管道5另一端进行加热至可塑性温度，然后对聚合物管道5另一端进行缓慢拉伸至小于第二段422的内径的大小，然后将聚合物管道5另一端依次穿过第一段421和第二段422。
S130、将聚合物管道5另一端缠绕固定于电机模块3。
具体地，将穿过第二段422的聚合物管道5另一端缠绕固定于电机模块3，具体为缠绕固定于滑动轮32上。
S200、对加热元件41进行加热；
可选地，当加热元件41为电阻丝，通过温度控制单元对电阻丝进行通电。需要说明的是，电阻丝的电流、电压或者功率可控。
S300、获取加热拉伸模具42的温度值，根据温度值以及预设加热温度，控制电机模块3对聚合物管道5进行拉伸。
具体地，通过温度传感器实时获取加热拉伸模具42的温度值，并传输至温度控制单元中，温度控制单元根据温度值以及预设加热温度对加热拉伸模具42的温度进行动态控制，而当温度值大于等于预设加热温度，此时电机控制单元会控制电机模块3的伺服电机31启动，带动滑动轮32进行旋转从而拉伸聚合物管道5，聚合物管道5在滑动轮32以及滑轮组件2的配合下，自滑轮组件2向滑动轮32方向被拉伸移动。
具体地，在聚合物管道5往滑动轮32方向拉伸的过程中，受到加热拉伸模具42的加热作用，聚合物管道5呈热塑性状态，并且此时聚合物管道5往滑动轮32方向拉伸的过程中加热拉伸模具42的通道内径发生改变(包括但不限于第一段421和/或第二段422)，聚合物管道5此时受到加热拉伸模具42内部的挤压力，在高温和挤压的作用下被拉伸成更加细小且均匀的聚合物管道成品，即用于微流控液滴生成的管道。而由于加热拉伸模具42是圆柱结构，在加热拉伸模具42外的加热元件41的作用下可以实现整个圆柱模具的均匀加热，使聚合物管道5受热均匀；在加热拉伸模具42内变径通道的作用下，聚合物管道5受到的压力恒定，可以拉伸出更加均匀的聚合物管道成品。
需要说明的是，电机控制单元可以通过控制伺服电机31从而控制滑动轮32的转速，转速可以根据实际需要调整，不作具体限定。
以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于，包括：
滑轮组件；
电机模块；
加热组件，包括加热元件以及加热拉伸模具；所述加热元件包围加热拉伸模具且用于对所述加热拉伸模具进行加热；
聚合物管道，位于所述加热拉伸模具内，所述聚合物管道一端与所述滑轮组件固定，所述聚合物管道另一端穿过所述加热拉伸模具与所述电机模块固定；
控制模块，用于控制所述加热元件以及控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸。
2.根据权利要求1所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述加热组件还包括套筒，所述套筒包裹所述加热元件以及加热拉伸模具。
3.根据权利要求1所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述加热拉伸模具包括第一段以及与所述第一段连接的第二段，所述第一段的内径大于所述第二段的内径，所述第一段相对所述第二段靠近所述滑轮组件。
4.根据权利要求1所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述电机模块包括伺服电机以及滑动轮，所述伺服电机与所述控制模块连接且用于带动所述滑动轮，所述滑动轮与所述聚合物管道另一端缠绕固定。
5.根据权利要求1所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述控制模块包括温度控制单元以及温度传感器，所述温度传感器用于获取所述加热拉伸模具的温度值，所述温度控制单元用于根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述加热元件的工作状态；所述预设加热温度为所述聚合物管道的熔融转化温度。
6.根据权利要求1所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述控制模块还包括电机控制单元，所述电机控制单元用于控制所述电机模块的转速。
7.根据权利要求1-6任一项所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，其特征在于：所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置还包括基座，所述基座与所述滑轮组件以及所述电机模块固定。
8.一种拉伸方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一项所述用于微流控液滴生成的管道均匀拉伸装置，包括：
将聚合物管道一端固定于滑轮组件，并将所述聚合物管道另一端穿过加热拉伸模具固定于电机模块；
对加热元件进行加热；
获取所述加热拉伸模具的温度值，根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸；所述预设加热温度为所述聚合物管道的熔融转化温度。
9.根据权利要求8所述拉伸方法，其特征在于：所述加热拉伸模具包括第一段以及第二段，所述第一段的内径大于所述第二段的内径，所述将聚合物管道一端固定于滑轮组件，并将所述聚合物管道另一端穿过加热拉伸模具固定于电机模块，包括：
将所述聚合物管道一端缠绕固定于滑轮组件；
对所述聚合物管道另一端进行加热至可塑性温度，并对所述聚合物管道另一端进行拉伸以所述聚合物管道另一端依次穿过所述第一段和所述第二段；
将所述聚合物管道另一端缠绕固定于所述电机模块。
10.根据权利要求8所述拉伸方法，其特征在于：所述根据所述温度值以及预设加热温度，控制所述电机模块对所述聚合物管道进行拉伸，包括：
当所述温度值大于等于预设加热温度，控制电机模块对所述聚合物管道进行拉伸。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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